不同植被恢复对侵蚀型红壤活性碳库的影响

为了解侵蚀型红壤不同植被恢复后,土壤有机碳的演变状况,采集了持续时间为17年和9年的2个定位试验点土壤样品,分析了土壤总有机碳、微生物量碳、水溶性碳和矿化态碳含量.结果表明侵蚀型红壤植被恢复后,土壤总有机碳和各类活性碳含量均明显增加,并随着恢复时间的延长,土壤各类碳含量显著上升.同样是杉木林,恢复17年的土壤(0～20 cm)总有机碳、微生物量碳、水溶性碳和矿化态碳的含量分别是恢复9年土壤的2.18倍、2.95倍、2.25倍和2.01倍.不同处理比较来看,木荷林土壤各类碳含量明显高于杉木林土壤,黑麦草处理矿化态碳含量明显高于恢复时间相同的杉木和胡柚处理.分析了各处理活性碳占总有机碳的比例发现,植被恢复17年的2个处理,土壤微生物量占总有机碳比例明显高于恢复9年的3个处理;恢复时间分别为17年和9年的2个杉木处理,土壤水溶性碳占总有机碳比例明显较高,而矿化态碳占总有机碳比例明显偏低;黑麦草处理矿化态碳占总有机碳比例明显高于恢复时间相同的杉木和胡柚处理.从相关分析来看,土壤总有机碳、微生物量碳、水溶性碳及矿化态碳两两之间相关性均达极显著水平(P＜0.01);土壤各类碳与土壤全氮、水解氮、有效磷含量之间也具有极显著相关性.     

侵蚀型红壤植被恢复后土壤养分含量与物理性质的变化

为了解侵蚀型红壤植被恢复后土壤养分含量与物理性质的变化状况,采集了植被恢复17年和9年的两个定位试验点土壤样品。分析结果表明：侵蚀型红壤植被恢复后土壤养分含量明显增加。恢复17年的木荷、杉木林0～0．2m土层土壤全氮和有机质含量分别比对照增加了3．92倍、2．96倍、5．80倍和3．52倍,土壤有效养分中土壤有效磷含量增加幅度最大。植被恢复后土壤物理性质得到极大改善．表现在土壤容量明显降低,土壤总孔度、通气孔度增加和大于1mm大团聚体与大于0．25mm水稳性团聚体总量的增加。总的来看,恢复17年的木荷和恢复9年的黑麦草两处理．土壤物理性质改善最为明显．此两处理0～0．2m表层土壤容量比对照区降低了27．9％和20．41％,大于0．25mm水稳性团聚体总量分别比对照区增加了31．09％和29．96％,土壤总孔度和通气孔度分别是对照区的1．34倍、1．25倍、2．59倍和2．14倍。     

燕沟流域土壤微生物学性质对植被恢复过程的响应

以黄土高原丘陵区陕北延安燕沟流域为例,研究了退耕地土壤微生物生物量对植被恢复过程的响应。结果表明,随植被恢复年限的增加,植被盖度、多度和物种数均呈现先增加后减少然后又增加的趋势。同对照农地相比,表层(0—5 cm)土壤呼吸速率和土壤微生物生物量均明显增加。表层土壤呼吸速率和微生物量碳、氮、磷分别比对照农地增加31.61%3~60.75%和15.19%5~12.81%、122.91%6~97.15%、193.5%2~068.17%。表层土壤呼吸速率对植被恢复的响应是在植被恢复初期(02~9年),随植被恢复年限的增加而增加;植被恢复305~5年期间,随植被恢复年限的增加而减少;而植被恢复55年以后,又随植被恢复年限的增加而增加。植被恢复过程中,土壤微生物量碳、氮和磷的变化与土壤呼吸速率变化趋势类似。除植被恢复8和16年外,植被恢复年限间的土壤呼吸速率、呼吸熵和微生物量碳、氮、磷均有显著性差异。表层土壤呼吸速率与土壤微生物量氮、磷呈极显著相关,土壤微生物量碳与土壤微生物量氮呈显著相关;而土壤呼吸熵与呼吸速率和微生物量碳、氮、磷相关性不明显。     

侵蚀红壤区植被恢复对表层与深层土壤有机碳矿化的影响

试验研究了典型红壤侵蚀区不同植被恢复年限(0,11,31a)的表层(0—10cm)和深层(60—80cm)土壤有机碳矿化特征。结果表明:深层土壤有机碳84d累积矿化量或潜在矿化量显著低于表层土壤,植被恢复则显著增加了表层和深层土壤累积矿化量或潜在矿化量(P0.05),相关分析显示土壤有机碳累积矿化量或潜在矿化量与WSOC、MBC和SOC显著(P0.05)或极显著(P0.01)相关,表明碳矿化底物数量是决定土壤碳累积矿化量或潜在矿化量的主导因子;对照表层土壤的矿化速率常数(k)高于深层土壤的,植被恢复降低了表层土壤的k值(P0.05),对深层土壤的k值却没有显著影响;而深层土壤矿化率显著高于表层土壤,且植被恢复后均显著降低(P0.05),相关分析显示土壤有机碳矿化率与微生物代谢熵呈极显著的正相关(P0.01),表明微生物碳利用效率是影响土壤碳矿化率的重要因素,而深层土壤微生物碳利用效率显著低于表层土壤,但植被恢复可以改善侵蚀红壤的环境条件,提高土壤微生物的碳利用效率,从而增强土壤固碳能力。     

南方红壤严重侵蚀地不同恢复年限马尾松人工林生态系统碳储量特征

[目的]研究南方红壤侵蚀地不同恢复年限植被生态系统碳库储量,为该地区马尾松人工林制定合理的森林经营方式提供理论支持。[方法]以福建省长汀县河田镇裸地、不同恢复年限(10,20,30a生)马尾松人工林和天然次生林为研究对象,测定不同恢复阶段林地植被和土壤碳库储量。[结果]马尾松人工林植被恢复能够显著提高植被和土壤碳库储量。10a,20a,30a生马尾松人工林与裸地相比生态系统碳库储量分别增加2.80,3.54,8.56倍,但依然低于天然次生林;马尾松人工林植被恢复能够显著提高表层(0—10cm)土壤碳库储量,而对深层土壤碳库储量影响不显著;不同恢复阶段植被和土壤碳库增加速率不同,呈现非线性增加。[结论]南方红壤严重侵蚀地植被恢复能够增加生态系统碳库储量,但该地区土壤碳库的恢复是长期的缓慢过程。今后应加强南方红壤地区森林植被的保护,避免植被过度干扰和破坏而引起严重土壤侵蚀。     

宁南山区退耕对土壤微生物生物量和酶活性的影响

在野外调查和室内实验分析的基础上,研究了宁夏黄土丘陵区农田退耕后不同植被恢复措施对土壤的微生物生物量碳、氮、磷和转化酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性的影响.研究表明:农田退耕后通过不同的植被恢复措施,土壤的微生物生物量碳为农地的1.04～3.12倍;微生物生物量氮为农地偏高;微生物生物量磷则相对稳定,无显著差异;转化酶和碱性磷酸酶活性的提高主要表现在表层(0-5 cm土层)和5-20 cm土层,分别比农地高出1%～41%和1%～89%;过氧化氢酶活性变化幅度最小;土壤脲酶活性在表层提高的幅度最大,为农地的1.95倍.农田退耕后,通过不同的植被恢复措施,土壤的生物肥力有所提高.     

植被恢复对红壤侵蚀区土壤氮组分的影响

为了解植被恢复过程中土壤不同氮组分变化规律,以福建省长汀县典型红壤侵蚀区为研究对象,利用时空互代法,选取5个典型植被恢复阶段样地(裸地、恢复10、20、30年马尾松人工林和天然林)。土壤样品采集后,测定不同土壤氮组分,并探讨了其与土壤养分的关系。结果表明:(1)土壤全氮和有机氮组分(微生物量氮、溶解性有机氮、颗粒有机氮和粘粒有机氮)均为天然林马尾松恢复20年人工林裸地。天然林土壤铵态氮含量显著高于其他恢复阶段样地,植被恢复10年后硝态氮含量显著升高;(2)天然林土壤微生物量氮和粘粒有机氮与全氮的比例分别是裸地的5.37倍和2.81倍,并且其两种矿质氮(铵态氮和硝态氮)与全氮的比例也分别是裸地的3.23倍和5.67倍。(3)土壤全氮、有机氮组分和矿质氮与土壤其他养分(全碳、全磷、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾)呈显著正相关,说明植被恢复过程中,土壤肥力也逐渐改善。     

不同恢复年限侵蚀红壤生态化学计量特征

为了解侵蚀红壤碳、氮、磷分配格局及化学计量特征,本文在长汀县侵蚀红壤区选取不同恢复年限(2、13、30、33年)、立地条件相近、样地情况基本一致的马尾松林作为研究对象,以未治理侵蚀地(CKl)和次生林(CK2)为对照,对其土壤总有机碳、全氮和全磷质量分数及其化学计量比的特征进行测定和分析.结果表明:1)随恢复年限的增加,土壤总有机碳和全氮质量分数呈线性增加,土壤全磷质量分数无显著变化,恢复2 ～33 a的马尾松林土壤总有机碳、全氮和全磷质量分数仍显著低于CK2土壤,表明土壤肥力的恢复是一个漫长的过程.2)土壤C∶N、C∶P、N∶P随恢复年限的增加呈上升趋势,恢复2～33 a的马尾松林土壤C∶N逐渐趋向CK2.3)土壤C∶N和C∶P与土壤总有机碳质量分数呈正显著相关,土壤N∶P与全氮质量分数呈显著正相关,土壤N∶P与全磷质量分数相关性不显著,表明侵蚀退化红壤恢复过程中,土壤化学计量比主要受土壤碳和氮质量分数的控制,暗示着侵蚀红壤现阶段的植被恢复对N素的响应比对P素的响应更敏感.     

间伐对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响

为探究不同间伐强度对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响,以福建省三明市官庄国有林场11年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,采用弱度间伐(LIT)、中度间伐(MIT)、强度间伐(HIT)等3种间伐强度,研究不同间伐强度林分0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,80—100 cm土层总有机碳(SOC)、全氮(TN)及易氧化有机碳(ROC)、硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、微生物熵碳(qMBC)、微生物熵氮(qMBN)的变化特征,以探讨不同间伐强度对杉木人工林土壤碳氮及其组分特征的影响。结果表明:间伐降低了土壤SOC和TN的含量,降低幅度分别为1.4%～36.9%,3.1%～45.7%。间伐增加了土壤MBC、NO_3~--N的含量,而对ROC、NH_4~+-N和MBN的程度在不同土层有差异,qMBC和qMBN随着间伐强度的增加而增大。相关性分析表明,土壤SOC分别与TN、qMBC、ROC、NH_4~+-N、MBC、MBN呈极显著正相关(P0.01);TN与qMBN、ROC、NH_4~+-N、MBC、MBN呈极显著正相关(P0.01)。杉木人工林间伐处理降低了土壤表层SOC和TN含量,增加了土壤SMBC和qMBC、qMBN,同时也增加了土壤表层(0—10 cm)SMBN。抚育间伐导致土壤SOC和TN含量降低主要是由于活性碳、氮含量的增加,提高土壤中有机质分解速率,最终导致土壤SOC和TN含量降低。     

添加生物质炭对红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量的影响

通过室内培育试验,研究了添加生物质炭对江西红壤水稻土有机碳矿化和微生物生物量碳、氮含量的影响。结果表明:红壤有机碳矿化速率在培育第2天达最大值后迅速降低,培养7天后下降缓慢并趋于平稳;添加生物质炭降低了土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量,培养结束时,不加生物质炭的对照处理中有机碳的累积矿化量分别比添加0.5%和1.0%生物质炭的处理高10.0%和10.8%。此外,生物质炭的加入显著提高了土壤微生物生物量,添加0.5%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高111.5%～250.6%和11.6%～97.6%,添加1.0%生物质炭处理的土壤微生物生物量碳、氮含量分别比对照高58.9%～243.6%和55.9%～110.4%。相同处理中,干旱的水分条件下(40%田间持水量)微生物生物量要高于湿润的水分条件(70%田间持水量)。同时,添加0.5%和1.0%的生物质炭使土壤代谢熵分别降低2.4%和26.8%,微生物商减少了43.7%和31.7%。     

土壤动物与土壤健康

土壤动物与土壤健康息息相关,土壤动物多样性和功能能够灵敏反映人类活动和气候变化引起的土壤扰动。同时,土壤动物还通过与生物和非生物组分间的相互作用对地上生态系统产生反馈作用。当前土壤动物在土壤健康评价体系中的应用相对较少,主要集中在土壤线虫、节肢动物和蚯蚓等类群,仍缺乏基于土壤动物的系统性评价指标。因此,本文围绕土壤动物在指示土壤健康方面的潜力,系统总结了现有基于土壤动物的土壤健康评价指标,强调未来应建立和完善土壤动物基因组信息数据库,挖掘土壤动物的功能性状,加强土壤食物网结构和生态功能的研究,建立集成土壤动物物种多样性、功能性状和土壤食物网的指标体系,从而促进土壤健康和生态系统的可持续发展。     

土壤侵蚀与土壤肥力

对土壤侵蚀与土壤肥力概念进行了阐述，分析了两者之间的关系，指出土壤侵蚀与土壤肥力之间的作用是相互的，侵蚀造成土壤肥力的丧失，而土壤肥力的丧失反过来又加剧侵蚀作用的加强。在此基础上，提出了治理土壤侵蚀和培育土壤肥力时应注意的问题与治理方法。     

粗质地土壤坡度和前期含水量对土壤侵蚀的影响

利用野外模拟降雨试验,研究了粗质地土壤裸地和苜蓿地在不同坡度(5°,15°,25°)、不同前期含水量(低、中、高)条件下坡面降雨产流、产沙的过程及其特征,以此探究该区退耕还草效益。结果表明:3种坡度条件下裸地和苜蓿地的产流过程在不同前期含水量下均为先增大后趋于稳定,不同坡度之间的径流量差异不显著,但泥沙流失量随着坡度的增大而显著增加,在降雨过程中先增大达到峰值趋于稳定波动,裸地的波动幅度大于苜蓿地。2种处理的前期含水量对径流量以及平均入渗率的影响均达显著水平,裸地在相同的坡度下,前期含水量由低水平增加到中水平、低水平增加到高水平,径流量分别增加38.2%~52.8%,39.7%~42.8%,苜蓿地径流量分别增加27.3%~77.8%,45.5%~91.1%。坡度对泥沙流失量及含沙率影响显著,在相同的前期含水量下,裸地由5°增加到15°,15°增加到25°的泥沙流失量分别增加96.3%~268.7%,6.9%~40.3%,苜蓿地的泥沙流失量分别增加81.1%~384.2%,61.7%~169.9%。在相同坡度和前期含水量下,苜蓿地的径流量和泥沙流失量均显著低于裸地。研究结果表明粗质地土壤前期含水量和坡度显著影响坡地土壤侵蚀过程和总量,植被不但因为冠层拦截而减少径流,而且因为耗水量增加,降低了土壤前期含水量而减水减沙。     

水土保持与土壤质量评价

辨析了土壤侵蚀、水土流失和水土保持的概念和内涵。分析了水土保持与土壤质量的关系,认为水土流失会造成土壤的土层薄化、养分循环失衡、劣质化和贫瘠化、以及砂质化和砾质化,反之,土壤质量下降会降低土壤抗冲性和抗蚀性,进一步加剧水土流失,水土保持可以有效地改良和保持土壤质量。综述了土壤质量评价的研究进展,提出水土保持需要从保持土壤质与量的角度,在进一步弄清楚土壤质量演变过程与机理的基础上,尝试选择和建立适合的土壤质量指标与评价方法,并进行土壤质量动态监测与预测预警及对策的研究。     

不同地表条件下黑土区坡耕地侵蚀过程中土壤团聚体迁移

土壤侵蚀过程中,土壤团聚体的迁移反映了团聚体的破碎程度及径流的搬运能力,直接影响着侵蚀强度.以东北典型薄层黑土区耕层土壤为研究对象,采用模拟降雨试验方法,研究裸露休闲、纱网覆盖与秸秆覆盖3种地表条件下不同粒级(>5 mm,2～5 mm,1～2 mm,0.5～1 mm,0.25～0.5 mm和<0.25mm)土壤团聚体的迁移特征.结果表明:(1)纱网覆盖与秸秆覆盖具有削减径流和抑制侵蚀的作用,其中抑制产沙作用更明显,减沙率分别为75%和99%以上;(2)3种地表条件下,<0.25 mm团聚体是主要的流失粒级,其占到团聚体流失总量的50%以上;各粒级流失量均表现为:裸露休闲>纱网覆盖>秸秆覆盖;(3)纱网覆盖和秸秆覆盖下的团聚体粒级分布与裸露休闲的相比,差异较为明显的均是<0.25 mm粒级,该粒级流失量较裸露休闲的分别减少74.62%和99%;秸秆覆盖与纱网覆盖之间差异明显的是<0.25 mm与1～5 mm粒级,流失量较纱网疆盖的分别减少97.81%和86.03%;(4)秸秆覆盖下团聚体平均重量直径表现为最大;分形维数和平均重量比表面积均表现为:裸露休闲>纱网覆盖>秸秆覆盖.     

红壤和紫色土抗侵蚀性指标的计算方法研究

以长江流域主要侵蚀性土壤——红壤和紫色土为研究对象,以土壤可蚀性K值作为土壤抗侵蚀性指标,采用通用土壤流失方程计算得到人工模拟降雨试验下红壤和紫色土的抗侵蚀性指标,分别为0.325 2和0.276 3。应用侵蚀—生产力评价模型（EPIC）,根据上述两种土壤的理化性质计算其土壤抗侵蚀性指标,分别为0.313 8和0.266 8。分析比较这两种方法得到的土壤抗侵蚀性指标,最终得到侵蚀—生产力评价模型（EPIC）的修正系数（1.04）。     

苏打盐碱化土壤pH与团聚体中球囊霉素相关土壤蛋白含量的关系

球囊霉素相关土壤蛋白(Glomalin-related soil protein,GRSP)在土壤团聚体形成中起重要作用,与土壤团聚体稳定性正相关。土壤盐碱化破坏土壤结构,降低土壤中GRSP含量,但影响多大尺寸团聚体GRSP含量并不清楚。本文采集45个松嫩盐碱化草地土壤样品,通过干筛法分离出直径0.25、0.25~1和1~2 mm 3种不同粒级团聚体,采用Bradford法测定土壤中GRSP含量,并测定土壤盐碱化指标,经Pearson相关分析和前向选择变量多元线性回归分析,结果显示:土壤pH显著影响各粒级团聚体总球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量和难提取球囊霉素相关土壤蛋白(DE-GRSP)含量,二者存在显著负相关关系,特别是0.25~1 mm粒级团聚体DE-GRSP含量与土壤pH存在极显著负相关关系,可解释22.3%的DE-GRSP含量变化。土壤pH、电导率、碱解氮和有效磷对各粒级团聚体易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)影响不显著。结果表明土壤苏打盐碱化影响0.25~1 mm团粒结构中较稳定的DE-GRSP含量,可能对土壤团聚体胶联和土壤碳存储产生负影响。     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

旱地红壤与红壤性水稻土水分特性分析

对低丘红壤地区红壤性水稻土(黄筋泥田)和旱地红壤(黄筋泥)及不同利用方式下土壤的持水和供水特征进行了研究.结果表明,与红壤性水稻土相比,旱地红壤持水供水能力弱;红壤性水稻土各样品之间持水和释水能力的差异与有机质的变化相似,在红壤地区,培肥土壤有利于提高土壤抗旱能力,土壤利用方式不同改变了土壤孔隙的分布状况,使旱地红壤在低吸力段土壤的水分特征存在明显差异.     

VNIR Soil Spectroscopy for Field Soil Analysis

The advent of affordable, ground-based, global positioning information (GPS)–enabled sensor technologies provides a new method to rapidly acquire georeferenced soil datasets in situ for high-resolution soil attribute mapping. Our research deployed vehicle-mounted electromagnetic sensor survey equipment to map and quantify soil variability (?50 ha per day) using apparent electrical conductivity as an indirect measure of soil texture and moisture differences. A portable visible–near infrared (VNIR) spectrometer (350–2500 nm) was then used in the field to acquire hyperspectral data from the side of soil cores to a specified depth at optimized sampling locations. The sampling locations were derived by statistical analysis of the electromagnetic survey dataset, to proportionally sample the full range of spatial variability. The VNIR spectra were used to predict soil organic carbon (prediction model using field-moist spectra: R² = 0.39; RPD = 1.28; and air-dry spectra: R² = 0.80; RPD = 2.25). These point values were combined with the electromagnetic survey data to produce a soil organic carbon map, using a random forest data mining approach (validation model: R² = 0.52; RMSE = 3.21 Mg C/ha to 30 cm soil depth; prediction model: R² = 0.92; RMSE = 1.53 Mg C/ha to 30 cm soil depth). This spatial modeling method, using high-resolution sensor data, enables prediction of soil carbon stocks, and their spatial variability, at a resolution previously impractical using a solely laboratory-based approach.